本發(fā)明涉及一種八段錦訓(xùn)練運(yùn)動軌跡采集裝置及其分析方法，其屬于運(yùn)動裝備領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

隨著社會老齡化加重，越來越多的老年人開始重視體育鍛煉，八段錦由八個分動作組成，簡單易學(xué)、動作舒緩，適合老年人學(xué)習(xí)鍛煉，然而由于老年人不便于集中學(xué)習(xí)，往往鍛煉過程中個體的動作差異很大，達(dá)不到預(yù)期的訓(xùn)練效果。

目前采集訓(xùn)練運(yùn)動軌跡的方式有以下幾種：

1、普通手環(huán)：采用低速采集技術(shù)，能采集運(yùn)動的次數(shù)以及持續(xù)時間，不能反映動作的程度。

2、采集圖像處理方式，對動作進(jìn)行錄像，可以反映出訓(xùn)練的實(shí)際情況，但是產(chǎn)生的數(shù)據(jù)量大，每次訓(xùn)練全部錄像基本是不太現(xiàn)實(shí)的。

3、以前需要人工分析曲線，進(jìn)行評價(jià)，費(fèi)時費(fèi)力且無法做到精準(zhǔn)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供了一種能夠?qū)崟r動態(tài)采集運(yùn)動軌跡、精準(zhǔn)高效，能夠和標(biāo)準(zhǔn)運(yùn)動曲線進(jìn)行對比并自動糾偏、打分的八段錦訓(xùn)練運(yùn)動軌跡采集裝置及其分析方法。

本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

一種八段錦訓(xùn)練運(yùn)動軌跡采集裝置，其包括用于固定在身體上的條狀綁帶以及設(shè)置在條狀綁帶內(nèi)部的微控制單元mcu、六軸傳感器、flash存貯器、心率傳感器、血氧傳感器、系統(tǒng)電源、充電電路和通信接口；所述六軸傳感器將采集的運(yùn)動軌跡數(shù)據(jù)以信號形式輸送至微控制單元mcu，所述心率傳感器和血氧傳感器分別將采集的心率數(shù)據(jù)和血氧含量數(shù)據(jù)以信號形式輸送至微控制單元mcu，所述運(yùn)動軌跡數(shù)據(jù)、心率數(shù)據(jù)和血氧含量數(shù)據(jù)經(jīng)所述微控制單元mcu處理后存儲至flash存貯器，所述系統(tǒng)電源和充電電路分別連接微控制單元mcu的電源端和充電端。

進(jìn)一步的，所述通信接口包括usb接口和/或藍(lán)牙模塊，所述usb接口和/或藍(lán)牙模塊分別和微控制單元mcu相連接。

進(jìn)一步的，八段錦訓(xùn)練運(yùn)動軌跡采集裝置還包括外部計(jì)算機(jī)和/或智能手機(jī)，所述微控制單元mcu中處理后的運(yùn)動軌跡數(shù)據(jù)、心率數(shù)據(jù)和血氧含量數(shù)據(jù)均通過通信接口與外部計(jì)算機(jī)和/或智能手機(jī)相通信。

進(jìn)一步的，八段錦訓(xùn)練運(yùn)動軌跡采集裝置還包括外部計(jì)算機(jī)和/或智能手機(jī)，所述微控制單元mcu中處理后的運(yùn)動軌跡數(shù)據(jù)、心率數(shù)據(jù)和血氧含量數(shù)據(jù)通過usb接口與外部計(jì)算機(jī)相通信，所述微控制單元mcu中處理后的運(yùn)動軌跡數(shù)據(jù)、心率數(shù)據(jù)和血氧含量數(shù)據(jù)通過藍(lán)牙模塊與智能手機(jī)相通信。

進(jìn)一步的，所述微控制單元mcu的型號為stm32f103r8t6；所述六軸傳感器的型號為mpu-6050；所述flash存貯器的型號為k9f1g08u0d；所述心率傳感器的型號為max30100efd+；所述血氧傳感器的型號為max30100efd+；所述系統(tǒng)電源的型號為xc6206p332mr芯片；所述充電電路的型號為tp4054芯片。

利用八段錦訓(xùn)練運(yùn)動軌跡采集裝置進(jìn)行運(yùn)動軌跡分析的方法，其包括如下步驟：

步驟1、訓(xùn)練者在訓(xùn)練過程中佩帶所述八段錦訓(xùn)練運(yùn)動軌跡采集裝置；

步驟2、所述微控制單元mcu對六軸傳感器進(jìn)行每秒800-1000次采樣，采集的運(yùn)動軌跡數(shù)據(jù)、心率數(shù)據(jù)和血氧含量數(shù)據(jù)加上時間標(biāo)簽后存貯到所述flash存貯器中；

步驟3、所述八段錦訓(xùn)練運(yùn)動軌跡采集裝置通過usb接口連接外部計(jì)算機(jī)，查詢八段錦訓(xùn)練運(yùn)動軌跡采集裝置中的運(yùn)動信息，選中某次運(yùn)動練習(xí)后，外部計(jì)算機(jī)下載該次采集的運(yùn)動軌跡數(shù)據(jù)、心率數(shù)據(jù)和血氧含量數(shù)據(jù)；

步驟4、對采集的運(yùn)動軌跡數(shù)據(jù)進(jìn)行高斯濾波，得到三個軸的角速度數(shù)據(jù)；

步驟5、通過八段錦每組運(yùn)動，對采集的運(yùn)動軌跡數(shù)據(jù)進(jìn)行分節(jié)；

步驟6、對分節(jié)后的運(yùn)動軌跡數(shù)據(jù)按照每組動作的重復(fù)次數(shù)進(jìn)行分解；

步驟7、分解后的鍛煉的數(shù)據(jù)與外部計(jì)算機(jī)中預(yù)存的標(biāo)準(zhǔn)運(yùn)動曲線進(jìn)行對比，自動高亮顯示動作曲線差異處，并顯示修正動作的建議。

進(jìn)一步的，所述八段錦訓(xùn)練運(yùn)動軌跡采集裝置至少存貯60次完整訓(xùn)練數(shù)據(jù)。

進(jìn)一步的，外部計(jì)算機(jī)下載的運(yùn)動軌跡數(shù)據(jù)、心率數(shù)據(jù)和血氧含量數(shù)據(jù)存貯在excel形式的文件中，供以后數(shù)據(jù)分析用。

進(jìn)一步的，在所述步驟7之后，繼續(xù)根據(jù)動作曲線差異程度打分，分解后的鍛煉的數(shù)據(jù)與和外部計(jì)算機(jī)中預(yù)存的標(biāo)準(zhǔn)運(yùn)動曲線相對比，近似程度越高，則分?jǐn)?shù)越高。

本發(fā)明的有益效果如下：

本發(fā)明通過微控制單元mcu對六軸傳感器的數(shù)據(jù)進(jìn)行高速采集，并進(jìn)行運(yùn)算，得到實(shí)時的姿態(tài)，通過與標(biāo)準(zhǔn)姿態(tài)相比較得出相應(yīng)的分值，簡單直接的對訓(xùn)練者的訓(xùn)練過程做出評價(jià)。同時通過心率傳感器和血氧傳感器測得訓(xùn)練者運(yùn)動過程中的心率數(shù)據(jù)和血氧含量數(shù)據(jù)，綜合分析，提高對訓(xùn)練者身體健康狀況的實(shí)時監(jiān)測。此外，通過高速采集的運(yùn)動軌跡生成運(yùn)動曲線，可監(jiān)督在家訓(xùn)練的效果；并給出與標(biāo)準(zhǔn)曲線的差別，可以讓訓(xùn)練者發(fā)現(xiàn)差距，提高訓(xùn)練水平。

本發(fā)明通過系統(tǒng)電源和充電電路實(shí)現(xiàn)了反復(fù)充電和自供電，無需連線，運(yùn)動更自如，活動范圍更廣。

本發(fā)明還設(shè)置有多種通信接口，包括usb接口和/或藍(lán)牙模塊，微控制單元mcu通過usb接口連接外部計(jì)算機(jī)，實(shí)現(xiàn)將采樣的運(yùn)動數(shù)據(jù)，例如運(yùn)動軌跡數(shù)據(jù)、心率數(shù)據(jù)和血氧含量數(shù)據(jù)傳送至外部計(jì)算機(jī)生成運(yùn)動曲線并與標(biāo)準(zhǔn)動作曲線對比出差別，通過曲線之間的差別可看出動作的差別，由此分析運(yùn)動動作是否標(biāo)準(zhǔn)、如何改進(jìn)。控制單元mcu通過藍(lán)牙模塊連接智能手機(jī)，實(shí)現(xiàn)上述數(shù)據(jù)也能方便的在移動終端中被記錄和分享，例如在智能手機(jī)中被記錄和分享，對于訓(xùn)練者是老年人的情況則可方便地分享其健康和做八段錦的數(shù)據(jù)給教練、子女或者醫(yī)務(wù)工作者，方便實(shí)用，有助于提高訓(xùn)練者使用黏性，鼓勵其堅(jiān)持鍛煉。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為本發(fā)明中六軸傳感器的電路原理圖。

圖3為本發(fā)明中微控制單元mcu的電路原理圖。

圖4為本發(fā)明中flash存貯器的電路原理圖。

圖5為本發(fā)明中充電電路的電路原理圖。

圖6為本發(fā)明中系統(tǒng)電源的電路原理圖。

圖7為本發(fā)明中usb接口的電路原理圖。

圖8為本發(fā)明中運(yùn)動曲線對比示意圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對本發(fā)明做進(jìn)一步說明。

如圖1~圖8所示，本實(shí)施例涉及一種八段錦訓(xùn)練運(yùn)動軌跡采集裝置，其包括用于固定在身體上的條狀綁帶以及設(shè)置在條狀綁帶內(nèi)部的微控制單元mcu、六軸傳感器、flash存貯器、心率傳感器、血氧傳感器、系統(tǒng)電源、充電電路和通信接口；所述六軸傳感器將采集的運(yùn)動軌跡數(shù)據(jù)以信號形式輸送至微控制單元mcu，所述心率傳感器和血氧傳感器分別將采集的心率數(shù)據(jù)和血氧含量數(shù)據(jù)以信號形式輸送至微控制單元mcu，所述運(yùn)動軌跡數(shù)據(jù)、心率數(shù)據(jù)和血氧含量數(shù)據(jù)經(jīng)所述微控制單元mcu處理后存儲至flash存貯器，所述系統(tǒng)電源和充電電路分別連接微控制單元mcu的電源端和充電端。

進(jìn)一步的，所述通信接口包括usb接口和/或藍(lán)牙模塊，所述usb接口和/或藍(lán)牙模塊分別和微控制單元mcu相連接。

進(jìn)一步的，八段錦訓(xùn)練運(yùn)動軌跡采集裝置還包括外部計(jì)算機(jī)和/或智能手機(jī)，所述微控制單元mcu中處理后的運(yùn)動軌跡數(shù)據(jù)、心率數(shù)據(jù)和血氧含量數(shù)據(jù)均通過通信接口與外部計(jì)算機(jī)和/或智能手機(jī)相通信。

進(jìn)一步的，八段錦訓(xùn)練運(yùn)動軌跡采集裝置還包括外部計(jì)算機(jī)和/或智能手機(jī)，所述微控制單元mcu中處理后的運(yùn)動軌跡數(shù)據(jù)、心率數(shù)據(jù)和血氧含量數(shù)據(jù)通過usb接口與外部計(jì)算機(jī)相通信，所述微控制單元mcu中處理后的運(yùn)動軌跡數(shù)據(jù)、心率數(shù)據(jù)和血氧含量數(shù)據(jù)通過藍(lán)牙模塊與智能手機(jī)相通信。

進(jìn)一步的，所述微控制單元mcu的型號為stm32f103r8t6；所述六軸傳感器的型號為mpu-6050；所述flash存貯器的型號為k9f1g08u0d；所述心率傳感器的型號為max30100efd+；所述血氧傳感器的型號為max30100efd+；所述系統(tǒng)電源的型號為xc6206p332mr芯片；所述充電電路的型號為tp4054芯片。

利用八段錦訓(xùn)練運(yùn)動軌跡采集裝置進(jìn)行運(yùn)動軌跡分析的方法，其包括如下步驟：

步驟1、訓(xùn)練者在訓(xùn)練過程中佩帶所述八段錦訓(xùn)練運(yùn)動軌跡采集裝置；

步驟2、所述微控制單元mcu對六軸傳感器進(jìn)行每秒800-1000次采樣，采集的運(yùn)動軌跡數(shù)據(jù)、心率數(shù)據(jù)和血氧含量數(shù)據(jù)加上時間標(biāo)簽后存貯到所述flash存貯器中；

步驟3、所述八段錦訓(xùn)練運(yùn)動軌跡采集裝置通過usb接口連接外部計(jì)算機(jī)，查詢八段錦訓(xùn)練運(yùn)動軌跡采集裝置中的運(yùn)動信息，選中某次運(yùn)動練習(xí)后，外部計(jì)算機(jī)下載該次采集的運(yùn)動軌跡數(shù)據(jù)、心率數(shù)據(jù)和血氧含量數(shù)據(jù)；

步驟4、對采集的運(yùn)動軌跡數(shù)據(jù)進(jìn)行高斯濾波，得到三個軸的角速度數(shù)據(jù)；

步驟5、通過八段錦每組運(yùn)動，對采集的運(yùn)動軌跡數(shù)據(jù)進(jìn)行分節(jié)；

步驟6、對分節(jié)后的運(yùn)動軌跡數(shù)據(jù)按照每組動作的重復(fù)次數(shù)進(jìn)行分解；

步驟7、分解后的鍛煉的數(shù)據(jù)與外部計(jì)算機(jī)中預(yù)存的標(biāo)準(zhǔn)運(yùn)動曲線進(jìn)行對比，自動高亮顯示動作曲線差異處，并顯示修正動作的建議。

進(jìn)一步的，所述八段錦訓(xùn)練運(yùn)動軌跡采集裝置至少存貯60次完整訓(xùn)練數(shù)據(jù)。

進(jìn)一步的，外部計(jì)算機(jī)下載的運(yùn)動軌跡數(shù)據(jù)、心率數(shù)據(jù)和血氧含量數(shù)據(jù)存貯在excel形式的文件中，供以后數(shù)據(jù)分析用。

進(jìn)一步的，在所述步驟7之后，繼續(xù)根據(jù)動作曲線差異程度打分，分解后的鍛煉的數(shù)據(jù)和外部計(jì)算機(jī)中預(yù)存的標(biāo)準(zhǔn)運(yùn)動曲線相對比，近似程度越高，則分?jǐn)?shù)越高。

八段錦由八個分動作組成，可以通過對比用戶圖像與標(biāo)準(zhǔn)圖像圖形，確定用戶在一遍八段錦鍛煉中是否完成八個動作，以及動作是否規(guī)范。

本實(shí)施例的工作原理如下：

1、硬件電路的設(shè)計(jì)：本采集裝置的整個結(jié)構(gòu)框圖包括六軸傳感器、微控制單元mcu、flash存貯器、系統(tǒng)電源、心率和血氧傳感器、通信接口。

2、通信接口用于使用戶佩戴的八段錦訓(xùn)練運(yùn)動軌跡的采集裝置和智能手機(jī)或計(jì)算機(jī)之間無線通信連接，將記錄的動作數(shù)據(jù)傳送給電腦或手機(jī)軟件中，從而查看鍛煉的情況。主要采用的方式為usb接口或藍(lán)牙模塊。

3、六軸傳感器模塊mpu-6050，能同時測定3個方向的移動軌跡，通過測量角速度，能夠識別動作。

4、flash存貯器：記錄訓(xùn)練動作的數(shù)據(jù)，并進(jìn)行存儲起來。以便鍛煉結(jié)束后，將其傳送給計(jì)算機(jī)或手機(jī)進(jìn)行處理和分析，進(jìn)而查看是否符合標(biāo)準(zhǔn)以及與其標(biāo)準(zhǔn)動作的差距。采用進(jìn)行存儲的元器件為k9f1g08u0d。

5、充電電路：充電芯片采用tp4054，選取該型號的目的是它采用恒定電流/恒定電壓線性充電器，可以適合usb電源和適配器電源工作。

6、系統(tǒng)電源：為了保證足夠的電源效率，使用高精度、低功耗的xc6206p332mr芯片。

7、通過通信接口，將運(yùn)動數(shù)據(jù)傳輸?shù)酵獠坑?jì)算機(jī)上，并生成曲線。

8、通過觀察運(yùn)動曲線并結(jié)合其他資料，來分析運(yùn)動動作是否標(biāo)準(zhǔn)。

以上所述實(shí)施方式僅為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，而并非本發(fā)明可行實(shí)施的窮舉。對于本領(lǐng)域一般技術(shù)人員而言，在不背離本發(fā)明原理和精神的前提下對其所作出的任何顯而易見的改動，都應(yīng)當(dāng)被認(rèn)為包含在本發(fā)明的權(quán)利要求保護(hù)范圍之內(nèi)。